中国粉体网讯 近日，北京化工大学材料科学与工程学院于中振教授、李晓锋教授和刘骥教授合作在《Advanced Functional Materials》杂志发表了题为“Densifying Conduction Networks of Vertically Aligned Carbon Fiber Arrays with Secondary Graphene Networks for Highly Thermally Conductive Polymer Composites”的研究论文。该研究通过构建一种致密的互连填料框架，将垂直碳纤维阵列与高质量自组装石墨烯网络焊接，实现了超高导热环氧树脂复合材料的制备，为复杂环境下的热界面愈合及多功能热管理应用提供了新解决方案。
随着现代电子元器件朝着集成化、微型化和智能化的方向发展，电子设备的散热问题成为阻碍微电子领域发展的一个瓶颈。如何将电子元器件所产生的热量及时排出，已经成为微电子产品系统组装领域的一个重要研究课题，通常的解决方法是在电子元器件和散热装置之间引入高导热材料。其中，聚合物基复合材料以其质量轻、绝缘性好、机械强度高等诸多优点而受到人们的广泛关注。
聚合物导热复合材料的导热性能主要由导热填料决定，普通填料制备的聚合物导热复合材料由于声子散射及填料-填料、填料-基质界面热阻的影响，其热导率通常远低于金属，实现超过200W/（m·K）的高热导率仍面临挑战。
碳系填料大多具有极高的导热能力，可以在很小的添加量下能明显提高复合材料的导热系数，并且比其他导热填料具有更轻的质量。如石墨烯理论热导率高达 5000W/（m·K），石墨烯纤维和石墨烯纸的热导率分别高达1290W/（m·K）和 1400W/（m·K），因此石墨烯及其复合材料成为富有前景的导热材料。
（a） 示意图展示了垂直排列的G/CF多孔框架及其环氧复合材料的制备过程；（b） G/CF框架的顶视图和侧视图结构的示意图；（c）5G/CF/EP复合材料顶面和截面的XRD图谱（插图显示了入射X射线的方向）；（d、e）2RGO/CF框架的扫描电子显微镜（SEM）图像；（f、g） 5RGO/CF框架的SEM图像；（h、i） 8RGO/CF框架的SEM图像，以及（j、k）5G/CF/EP复合材料的SEM图像。
针对碳纤维及石墨烯在导热复合材料中的应用，北京化工大学的研究团队提出了一种高效策略：利用中间相沥青基碳纤维阵列与自组装石墨烯网络的协同作用，构建致密的互连填料框架，以显著提升复合材料导热性能。其中垂直排列的连续导热纤维阵列作为主要的垂直导热路径，最大限度地减少声子散射和界面热阻。同时，自组装石墨烯次级网络在导热纤维之间形成高质量连接，构建更致密的热传导网络，并提供额外导热通路。
实验结果显示，在23.3%填充量下，该环氧树脂复合材料的垂直导热系数达到262 W/（m·K）。作为热界面材料使用时，其冷却效率比商用标准材料提升68.2%。此外，该材料还具备优异的焦耳加热和界面粘附性能，适用于复杂环境下的热界面愈合和多功能热管理。
参考来源：北京化工大学
（中国粉体网/山川）
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